Рифы и мели ледяной химии

Химические реакции при низких и сверхнизких температурах? До самого последнего времени ученые относились к этому крайне скептически. Вот цитата из солидной монографии: «Проведение синтезов при низких и сверхнизких температурах нецелесообразно из-за чрезвычайно малых скоростей реакций.

Дело в том, что не все столкновения между молекулами приводят к химическому взаимодействию. Хорошо, если из миллиона молекул только сто или двести способны к взаимодействию. А способны те, которые обладают некоторым избытком энергии. Чтобы стать «эффективной», молекула должна сначала запастись энергией.

Как же увеличить долю «эффективных» молекул? Ответ прост, например, повышением температуры. Кроме того, «ленивые» молекулы можно «подстегнуть» гамма-лучами, светом, рентгеном, электрическими разрядами. Однако эти способы представлялись бесперспективными для возбуждения реакций при низких и сверхнизких температурах, когда доля эффективных молекул ничтожно мала и почти все реагенты — твердые. И все же в последние годы положение изменилось, интерес к «ледяным реакциям» возрос необычайно. Это связано с успехами химии так называемых стереорегулярных полимеров.

Обычные полимеры состоят из цепей молекул, расположенных как попало. Структура таких полимеров при большом увеличении напоминает бурелом. Но может быть и иная картина: молекулы как бы сложены в штабели. При этом полимер приобретает удивительные свойства: по прочности не уступает стали, выдерживает «натиск» самых сильных кислот, не поддается большим температурам.

Получить стереорегулярный полимер нелегко. В поисках наилучших условий синтеза экспериментаторы перебрали различные комбинации давлений, температур, катализаторов. И натолкнулись на поразительное явление: полимеры, синтезированные при низких температурах, приобретают очень ценное качество — стереоспецифичность. Это значит, что в цепи полимера регулярно повторяются не только одни и те же сочетания атомов, но даже их пространственная ориентация. Другими словами, молекулы не просто уложены в штабель, как бревна, но еще и каждое «бревно» по отношению к соседям занимает вполне определенное положение. В структуре такого полимера царит столь строгий порядок, что само собой напрашивается сравнение с инженерной конструкцией.

Упорядоченность молекул в стереорегулярных полимерах лежит на пределе, за которым простирается уже область перехода неживой материи в живую. А это означает, что у нас появляется возможность вплотную подойти к синтезу, например, искусственных белков.

Стереорегулярными полимерами занята сейчас целая армия химиков. И вот уже результат: направленный синтез стереорегулярных полимеров позволил решить важнейшую химическую проблему — получить поли-цисизопреновый каучук, равный по свойствам или превосходящий натуральный продукт. Не лишне вспомнить, что попытки синтеза такого каучука предпринимались чуть ли не с середины XIX века.